CC BY
24
Фастий Галина Прохоровна,
научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера — филиала Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук».
Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А, эл. почта: fastiy@ien.kolasc.net.ru
Ярошевич Вера Васильевна,
научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера — филиала Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук».
Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А, эл. почта: yaroshevich_vera@mail.ru
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.8.48-55 УДК 621.548 (470.21)
В. А. Минин
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧИХ ПЕРИОДОВ И ПЕРИОДОВ ПРОСТОЯ ВЭУ ПО ДЛИТЕЛЬНОСТИ НА СЕВЕРНОМ ПОБЕРЕЖЬЕ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА
Аннотация
По результатам многолетних наблюдений за скоростью ветра на ветроэнергетическом полигоне Кольского научного центра РАН, расположенного на северном побережье Кольского полуострова, выявлены особенности формирования длительности рабочих периодов ветроэнергетических установок (ВЭУ) и последующих периодов их простоя в зависимости от времени года и среднего уровня интенсивности ветра.
Ключевые слова:
энергия ветра, режимы работы ветроэнергетических установок (ВЭУ).
V. A. Minin
DISTRIBUTION UNDER DURATION OF WORKING PERIODS AND IDLE PERIODS OF WIND TURBINES IN THE NORTHERN COAST OF THE KOLA PENINSULA
Abstract
According to the results of long-term observations of wind speed at the wind energy polygon of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, located on the northern coast of the Kola Peninsula, features of the formation of the duration of the working periods and idle periods of wind turbines depending on the time of year and the average level of wind intensity were revealed.
Keywords:
wind energy, operational modes of the wind turbines.
Прибрежные районы европейского Севера России располагают повышенным потенциалом ветровой энергии [1], характеризуемым среднегодовыми скоростями ветра 5-8 м/с на высоте 10 м от поверхности земли. Среди этих районов наибольший потенциал ветра имеет место на северном побережье Кольского полуострова, где соседствуют незамерзающее Баренцево море и холодная материковая часть суши. Перспективы применения здесь ветроэнергетических установок (ВЭУ) наиболее очевидны [2, 3].
При анализе возможностей использования энергии ветра наряду с данными о средних скоростях ветра и повторяемости скоростей большое значение имеют данные о возможной длительности периодов работы ВЭУ и периодов простоя (энергетических затиший).
Под рабочим периодом Тр понимается период времени, в течение
которого скорость ветра больше минимальной рабочей скорости ,
но меньше максимальной рабочей , определяемой из условия обеспечения
безопасности работы ВЭУ. Под периодом простоя Т понимается время,
в течение которого скорость ветра меньше или больше отах . Суммарное
время работы и простоя ВЭУ в течение года определяется через функцию повторяемости скоростей ветра t ( и ) выражениями
П ^гпах р
Е Тр. = Т |((и)ёи , 1 =1 о„
у T =
^ nPi i = 1
min p V
min p ж J t(v)dv+ J t(v)dv
0 v
max p
причем
n1 n1 n1 n2 n3
Ут + УТ = УТ + УТ + УТ = T
У Pi У npi Pi npi npi * 5
i =1 i = 1 i =1 i = 1 i =1
где n1 = n2 + n3 — общее число рабочих периодов или периодов простоя ВЭУ за год; n2 и n3 — число периодов простоя соответственно при скорости ветра меньше vmi„ „ и больше v ; Т — число часов в году.
min p max p '
n1
Графически (рис. 1) У Т' представляет собой площадь под кривой
i=1 '
повторяемости скоростей ветра, ограниченную ординатами vOTK и vmx . Сумма крайних (отсеченных) площадей есть суммарное время простоя ВЭУ.
n1
t
^rnrn p ^max p '
Рис. 1. Кривая повторяемости скоростей ветра Fig. 1. Wind speed repeat curve
На рис. 2 и 3 в качестве примера приведены гистограммы повторяемости среднечасовых скоростей ветра в течение года и отдельных месяцев на ветроэнергетическом полигоне Кольского научного центра РАН на побережье Баренцева моря в районе пос. Дальние Зеленцы. Гистограммы построены по результатам обработки 10-летних непрерывных наблюдений за скоростью ветра на высоте 5 м от поверхности земли. Граничные скорости, отделяющие время работы ВЭУ от времени простоя, приняты равными: оотп = 4 м/с, о = 30 м/с.
max p
Uj Hj
В правой и левой частях гистограмм показаны значения ^ Ти ^ Тпр
i=1 ' i=1 '
в процентах.
Рис. 2. Повторяемость среднечасовых скоростей ветра на ветроэнергетическом полигоне в пос. Дальние Зеленцы, по данным наблюдений за 1976-1987 гг.
Fig. 2. Repeatability of the average hourly wind speeds at the wind energy polygon in the Dalniye Zelentsy, according to observations for the years 1976-1987.
Из рис. 2 следует, что суммарное время работы ВЭУ в году может составить 74 % годового времени, время простоя — оставшиеся 26 %. В зимние месяцы (рис. 3) с ростом интенсивности ветра эта пропорция изменяется в сторону увеличения рабочего времени до 85-91 %, в летние — в сторону его уменьшения до 50-60 %.
Для анализа перспектив использования энергии ветра и определения возможных режимов работы ВЭУ недостаточно иметь лишь суммарные оценки возможного времени работы и простоя ВЭУ. Желательно также знать, из каких периодов складывается это время, каково их распределение по длительности, насколько часто периоды работы могут сменяться периодами простоя, наконец, какова максимальная длительность простоя. Лучшим исходными данными для получения этих сведений являются материалы непрерывной записи скоростей ветра, выполненных с помощью анеморумбографа.
и, м/с
Рис. 3. Повторяемость среднечасовых скоростей ветра на ветрополигоне в пос. Дальние Зеленцы в различные месяцы года
Fig. 3. Repeatability of the average hourly wind speeds at the wind energy polygon in the Dalniye Zelentsy in different months of the year
На рис. 4 и 5 представлены результаты обработки 10-летних непрерывных наблюдений за скоростью ветра на ветроэнергетическом полигоне КНЦ РАН. При обработке информации прежде всего определялись отдельные элементы Г и Т . Группирование их по
длительности позволило выявить, из чего складывается суммарное время работы или простоя ВЭУ и какова вероятность появления элемента заданной длительности.
Рис. 4. Распределение периодов работы Г и периодов простоя Т ВЭУ
по длительности в течение года
Ветрополигон в пос. Дальние Зеленцы, период наблюдений 10 лет, средняя скорость ветра V = 7,1 м/с
Fig. 4. Distribution of working periods Т and idle periods Т of wind turbines by duration throughout the year
Правая часть графика на рис. 4, так же как и ранее на рис. 2, представляет собой суммарное время работы ВЭУ в течение года (74 % годового времени). Около 75 % этого времени приходится на периоды длительностью более суток, в том числе 40 % — более 3 суток. В левой части графика - суммарное время простоя ВЭУ. Около 70 % этого времени приходится на периоды длительностью менее суток, в том числе 41 % — менее 12 ч. Максимальная длительность затишья зафиксирована в летнее время и составили 123 ч (около 5 суток).
Анализ аналогичных данных по отдельным месяцам года (рис. 5) показывает, что в зимнее время длительность рабочих периодов возрастает, а периодов простоя падает. Так, в декабре-феврале 85-90 % рабочего времени приходится на периоды длительностью более суток, 55-70 % — более 3 суток, а около 40 % — более 5 суток. Периоды простоя ВЭУ на 70-90 % складываются из периодов менее 1 суток, в том числе 60-65 % — менее полусуток.
В ходе обработки исходной информации были вычислены средние значения длительности рабочих периодов Тр и периодов простоя Тпр по каждому отдельному месяцу:
n
M nM
У Т У Т
У Pi у п
Pi ^ nPi
— Т
p ' пр
j _ i =1 j _ i =1
где пм — число рабочих периодов и периодов простоя за данный месяц.
Рис. 5. Распределение периодов работы и периодов простоя ВЭУ по длительности в разные месяцы года
Ветрополигон в пос. Дальние Зеленцы. Период наблюдений 10 лет
Fig .5. Distribution of working periods and idle periods of wind turbines by duration
in different months of the year
Выполненные расчеты позволили установить связь средней длительности рассматриваемых элементов от среднемесячной скорости ветра vM .
При построении графиков (рис. 6а, б) использованы также данные непрерывных наблюдений по метеостанциям Мурманск, Кола и Пулозеро, располагающим более низким потенциалом ветра и позволившим охватить диапазон малых среднемесячных скоростей ветра. Из рис. 6а, б следует, что при скоростях ветра 8-11 м/с (зимние месяцы) длительность простоя ВЭУ составляет в среднем лишь 4-6 ч, а длительность работы — 30-60 ч и более. В летнее время (vM = 4-5 м/с) средняя длительность рассматриваемых периодов примерно одинакова — 10-15 ч.
Определенный интерес представляют данные о числе чередований элементов Т и Т. в течение месяца. Из рис.6, в следует, что максимум числа
чередований рабочих периодов и периодов простоя приходится на месяцы со средней скорости ветра около 4 м/с. Именно в эти месяцы текущее значение скорости чаще всего переходит через принятую границу vmin , разделяющую
элементы Т и Т.. При меньших среднемесячных скоростях преобладают ветровые затишья, при больших - периоды работы ВЭУ. В зимние месяцы (vM = 8-11м/с) на побережье Баренцева моря число чередований составляет в среднем около 15, в летние — до 30-40.
Рис. 6. Зависимость средней длительности периодов простоя (а), периодов работы ВЭУ (б) и числа чередований этих периодов (в) от среднемесячной
скорости ветра:
1 — пос. Дальние Зеленцы; 2 — Мурманск; 3 — Кола; 4 — Пулозеро
Fig. 6. The dependence of the average duration of idle periods (a), working periods of wind turbines (b) and the number of alternations of these periods (c) on the average
monthly wind speed: 1 — Dalniye Zelentsy; 2 — Murmansk; 3 — Kola; 4 — Pulozero
Выводы
1. На северном побережье Кольского полуострова на периоды активной работы ВЭУ приходится около % годового времени и % — на периоды простоя.
2. В зимние месяцы (декабрь-февраль) 85-90 % рабочего времени ВЭУ приходится на периоды длительностью более 1 суток, в том числе 55-70 % — более 3 суток, а периоды простоя на 70-90 % складываются из периодов менее 1 суток, в том числе 60-65 % — менее полусуток.
3. В холодное время года, когда среднемесячные скорости ветра составляют 8-11 м/с, число чередований рабочих периодов и периодов простоя ВЭУ составляет в среднем 15 в месяц, а в летнее время при среднемесячных скоростях 4-5 м/с этот показатель достигает 30-40 в месяц.
Литература
1. Минин В. А., Степанов И. Р. Ветроэнергетический кадастр европейского Севера СССР // Известия Академии наук СССР. Энергетика и транспорт. 1983, № 1. С. 106-114.
2. Минин В. А., Дмитриев Г. С. Перспективы использования энергии ветра и малых ГЭС в удаленных районах Мурманской области. Апатиты: Изд. Кольского научного центра РАН, 2007. 97 с.
3. Минин В. А., Бежан А. В. Перспективы использования энергии ветра для теплоснабжения потребителей европейского Севера. Апатиты: Изд. Кольского научного центра РАН, 2009. 56 с.
Сведения об авторах Минин Валерий Андреевич
Заведующий лабораторией энергосбережения и возобновляемых источников энергии Центра физико-технических проблем энергетики Севера - филиала Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук», к.т.н. Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, Академгородок, д. 21А Эл.почта: minin@ien.kolasc.net.ru
РСН: 10.25702/КБС.2307-5252.2018.9.8.55-60 УДК 621.311 +551.594.221:551.506
А. В. Бурцев, Г. П. Фастий, В. В. Ярошевич
РАЗВИТИЕ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ГРОЗОВОЙ АКТИВНОСТИ НА КОЛЬСКОМ ПОЛУОСТРОВЕ
Аннотация
В статье описано проведение эксперимента по определению полярности грозового разряда посредством двух одинаковых грозопеленгаторов. Результаты проведенного эксперимента дают предпосылки к объединению рассмотренных в статье систем грозопеленгации для получения более точной картины грозовой активности.
Ключевые слова:
грозопеленгатор, сеть грозопеленгации, молния, распределение разрядов молнии, Кольский регион
